本文作者:qiaoqingyi

编程截图(编程截图照片)

qiaoqingyi 05-18 44

  引言

  Unity的协程使用起来比较方便,但是由于其封装和隐藏了太多细节,使其看起来比较神秘。比如协程是否是真正的异步执行?协程与线程到底是什么关系?本文将从语义角度来分析隐藏在协程背后的原理,并使用C++来实现一个简单的协程,以揭开协程的神秘面纱。(文内代码为截图,可点击放大查看。)

  一、什么是协程

  简单来说,协程是一个有多个返回点的函数。一般来说一个函数只有一个返回点,函数的调用者调用一次后,函数的生命周期就结束了。而对于协程来说,其生命周期由调用者来决定,可以通过返回值来决定如何进行一次调用以及如何结束调用。

  由于协程返回的是一系列的值,每一个yield return对应一次返回。用迭代器作为返回类型是比较好的选择,可以简单的认为每一个yield return对于了迭代器中的一个元素。

  Unity的C#代码中一个协程的返回值通常是IEnumerator类型,IEnumerator 接口有两个方法,分别是 Current 和 MoveNext。我们可以简单的认为:协程就是一个返回迭代器的函数,一开始迭代器的Current指向函数的开头,每执行一次MoveNext,Current就指向下一个yield return 返回的值。例如:

  二、协程的核心,神奇的yield

  我们来看看上而代码示例中的函数coroutine:

  上面代码神奇的地方在于关键词yield,为什么可以调用多次yield return返回一组值,并且该函数的返回值变成了Enumerator类型?这其实就是隐藏在协程背后的核心原理。有很多关于协程的核心原理的分析及实现的文章,大多都是从系统底层的角度来分析,使用了汇编,goto语句或者是 C 语言的 setjmp 和 longjmp来实现了协程,虽然分析得比较透彻,但对读者所掌握的知识要求比较高,其中的一些概念比较晦涩,难于理解。

  实际上从语义角度来看,协程的工作原理比较简单,任何支持闭包的语言都可以实现协程。下面我们从语义的角度来解释协程:

  1.每一个yield return被包装成一个函数(简称为Y函数),如果该函数使用了外层的局部变量,将形成一个闭包

  2.Y函数的返回值为yield传入的对象和下一个yield return所包装成的函数

  3.对迭代器的MoveNext调用等价于对Y函数的调用

  4.最后一个yield return包装成的Y函数返回yield传入的对象和一个空函数以代表迭代结束(即调用MoveNext时返回false)

  三、简单协程的C++实现

  以下是根据协程在语义上的解释,用C++的实现一个简单协程示例:

  一共不到60行代码,就实现了简单的协程。对于上示例中的coroutine函数,除了语法上有一些差异,语义已经和C#的协程完全一协了,甚至我们可以引入一个宏让其长得更像C#的协程,例如:

  虽然以上代码段看起来已经比较像Unity的协程了,但是遗憾的是代码还不够简洁,有一点点语法噪音(函数的结尾部分多了一些没意义的括号)语法也不够统一(最后一行是return yield)。

  四、For循环

  第三节我们讲了协程的简单的实现,但是如果我们如果在for循环中使用yield还存在问题,比如以下代码段:

  coroutine1函数返回的迭代器中只包含一个值1,而不是我们期望的1~10。因此对于协程中的循环我们需要特殊处理。分析以上代码,我们期望的是对于循环中的每一个i,调用yield生成一个coroutine node,然后将这些node合并成一个链表返回。因此我们可以将协程中的for语句翻译成一个For函数,代码如下:

   Combine函数实现将两个Coroutine Node连接在一起合并成一个链表返回,其定义代码如下:

  有了For函数,可以将coroutine1实现可以改成如下:

  虽然在语法上该函数有一些丑,但是是从语义上完全是等价以下C#代码的:

  以下是一个更加复杂的示例:

  语义上等价的C#代码为:

  五、总结

  本文从语义的角度来解释了协程的运行机制,并使用C++实现了简单的协程,但仍有部分内容未讨论到,比如怎样在For循环中实现break,yield break等,其实要实现这些并不困难,感兴趣的同学可以自行去研究。

  回到引言中提到的两个问题:

协程是否为异步执行?严格意义上来讲,协程并不是异步执行的,但是调用者可以分时间片去执行每一个yield,让程序看起来像是异步的。

协程和线程是什么关系?协程与线程之间没有严格的对应关系,但是可以结合使用,隐藏一些不必要的细节以简化编程,比如unity的WWW。

  来源:公众号Gad-腾讯游戏开发者平台

  作者:Tseclam

  原题:程序|深入浅出!从语义角度分析隐藏在Unity协程背后的原理

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